Considerar os esforços de vento durante a análise da estrutura é imprescindível para garantir que ela terá um bom desempenho ao longo da sua vida útil.
Exemplo do cálculo das cargas de vento
Uma vez que já realizamos todos os passos do cálculo de forças de vento, neste exemplo, utilizarei um edifício residencial, o qual é exibido na figura abaixo. Foi suposto que a edificação estivesse localizada em uma praia de Florianópolis, para cobertura isolada e aberta. Para efeitos didáticos, iremos calcular as cargas apenas na direção X do projeto, sendo que nos limitaremos aos pavimentos superiores.
Os demais pavimentos poderão ser calculados de maneira análoga ao mostrado. Da mesma maneira, as cargas na direção Y deverão ser calculadas de maneira similar, porém considerando as características do projeto nesta direção. Para fins de cálculo, iremos considerar que a fachada X é de 1200cm ao longo de toda a edificação.
Informações gerais
De posse das informações fornecidas acima, podemos definir os coeficientes que serão constantes para a edificação. Dentre eles, destacamos:
- Velocidade básica (v0): por meio do gráfico das isopletas, temos que a velocidade básica do vento em Florianópolis é de 42m/s.
- Topografia (S1): uma vez que a edificação se encontra em terreno próximo ao mar, devemos considerar um terreno plano. Neste sentido, adotamos um valor de S1=1.0.
- Nível do solo (S2): o fator S2 é variável conforme a altura da incidência do vento, sendo que esse valor é diferente para cada pavimento e dependente da diferença entre o nível do pavimento e o nível do solo. De todo modo, alguns fatores podem influenciar na hora de definir o seu valor, de modo que precisamos definir também as características:
- Rugosidade do terreno: conforme o item 5.3.1 da NBR 6123:1988, a edificação enquadra-se na CATEGORIA II: terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais com árvores e edificações baixas.
- Maior dimensão horizontal ou vertical: a edificação enquadra-se na CLASSE B: toda edificação na qual a maior dimensão horizontal ou vertical estiver entre 20m e 50m, conforme item 5.3.2 da NBR 6123:1988.
- Nível do solo: iremos considerar que o nível do solo é equivalente ao nível zero da edificação. Desta maneira, as indicações de nível apresentadas na figura acima poderão ser utilizadas
- Fator estatístico (S3): segundo a NBR 6123:1988, Tabela 3, a estrutura se enquadra no GRUPO 2: edificação para hotéis e residências. Edificações para comércio e indústria coma alto teor de ocupação, onde no valor de S3 = 1,00.
De posse destas informações, podemos realizar o cálculo das forças de vento para cada um dos pavimentos.
Pavimento Base do reservatório:
O primeiro valor que determinaremos é o coeficiente de arrasto Ca, o que pode ser feito por meio da figura 4 da NBR6123. Entramos com os valores:
- L1 (fachada Y) = 600cm;
- L2 (fachada X) = 1200cm;
- h = 4848cm
Disto, obtemos um coeficiente de arrasto Ca = 1.02. Podemos então passar ao cálculo de S2. Para este cálculo, devemos obter os valores de p e b e Fr por meio da tabela 1. Sabendo que a edificação foi considerada como sendo de CATEGORIA II e CLASSE B, obtemos:
- b = 1.00
- Fr = 0.98
- p = 0.09
Para o cálculo de S2, faremos uma média dos seus valores no topo do pavimento e no seu meio, como mostrado abaixo:
Em posse destas informações, e dos valores de S1 e S2 determinados anteriormente, podemos calcular a velocidade característica do vento Vk:
Temos ainda que a pressão dinâmica do vento é calculada conforme a fórmula abaixo:
Com o valor da pressão dinâmica, podemos calcular a força no pavimento por meio da equação:
Pavimento Cobertura
O primeiro valor que determinaremos é o coeficiente de arrasto Ca, o que pode ser feito por meio da figura 4 da NBR6123. Entramos com os valores:
- L1 (fachada Y) = 1160cm;
- L2 (fachada X) = 1200cm;
- h = 4498cm
Disto, obtemos um coeficiente de arrasto Ca = 1.35. Podemos então passar ao cálculo de S2. Para este cálculo, devemos obter os valores de p e b e Fr por meio da tabela 1. Sabendo que a edificação foi considerada como sendo de CATEGORIA II e CLASSE B, obtemos:
- b = 1.00
- Fr = 0.98
- p = 0.09
Para o cálculo de S2, faremos uma média dos seus valores no topo do pavimento e no seu meio, como mostrado abaixo:
Em posse destas informações, e dos valores de S1 e S2 determinados anteriormente, podemos calcular a velocidade característica do vento Vk:
Temos ainda que a pressão dinâmica do vento é calculada conforme a fórmula abaixo:
Com o valor da pressão dinâmica, podemos calcular a força no pavimento por meio da equação:
Pavimento Ático
O primeiro valor que determinaremos é o coeficiente de arrasto Ca, o que pode ser feito por meio da figura 4 da NBR6123. Entramos com os valores:
- L1 (fachada Y) = 1160cm;
- L2 (fachada X) = 1200cm;
- h = 4188cm
Disto, obtemos um coeficiente de arrasto Ca = 1.35. Podemos então passar ao cálculo de S2. Para este cálculo, devemos obter os valores de p e b e Fr por meio da tabela 1. Sabendo que a edificação foi considerada como sendo de CATEGORIA II e CLASSE B, obtemos:
- b = 1.00
- Fr = 0.98
- p = 0.09
Para o cálculo de S2, faremos uma média dos seus valores no topo do pavimento e no seu meio, como mostrado abaixo:
Em posse destas informações, e dos valores de S1 e S2 determinados anteriormente, podemos calcular a velocidade característica do vento Vk:
Temos ainda que a pressão dinâmica do vento é calculada conforme a fórmula abaixo:
Com o valor da pressão dinâmica, podemos calcular a força no pavimento por meio da equação:
Considerações finais
Com este exemplo, finalizamos a série sobre cargas de vento. Nesta série, procurei abordar os casos mais comuns de cálculo, de modo a fornecer uma introdução sobre como esses valores são determinados. Cabe destacar que algumas situações de lançamento podem demandar verificações especiais, como superfícies inclinadas ou vazadas. Nestes casos, recomendo uma consulta à NBR6123 que, além das situações aqui especificadas, compreende modelos estruturais distintos.